劉小娜，熊松林，張昌博，李青昊，張健，姜凌坤

(1.陜西萬方汽車零部件有限公司，陜西西安 710600；2.陜西漢德車橋有限公司，陜西西安 710201)

0 引言

隨著全球汽車行業(yè)保有量的快速增長，能源短缺、環(huán)境污染、交通擁堵、事故頻發(fā)等日益突出，成為汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的限制因素，汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃明確提出以智能網(wǎng)聯(lián)汽車為突破口，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。目前，我國是世界汽車生產(chǎn)大國和銷售大國，到2025年，預(yù)計汽車保有量達(dá)到3億輛，千人保有量高達(dá)210輛。根據(jù)英國交通部門統(tǒng)計研究得出超過40%的車禍原因是用戶看不清障礙物和人及注意力不集中導(dǎo)致的車道偏離，目前中國汽車市場有很大的空間，人們對于汽車的功能安全越來越關(guān)注，智能駕駛輔助系統(tǒng)在駕駛員遇到緊急情況時，通過控制系統(tǒng)的技術(shù)干預(yù)，并提供主動支持。

面對城市的復(fù)雜路況，以用戶操作行為和體驗(yàn)為中心，對智能駕駛輔助系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計研究，提高駕駛員的操作舒適性，文中的研究對降低駕駛事故概率及緩解駕駛員駕駛疲勞等有著重要的意義。

1 智能駕駛輔助系統(tǒng)

智能駕駛輔助系統(tǒng)是通過傳感器對路、車、人、交通標(biāo)志等進(jìn)行采集，并通過控制器局域網(wǎng)通信完成信號的傳遞，協(xié)助駕駛員安全駕駛，其中包括車道保持輔助系統(tǒng)、自主換道系統(tǒng)及前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)等。當(dāng)車輛偏離車道時，車道保持輔助系統(tǒng)會發(fā)出警報，通過用戶對車輛的行駛方向進(jìn)行調(diào)整；對于自主換道系統(tǒng)，通過控制算法，判斷是否滿足換道條件，選擇跟馳或自主換道模式，可有效避免人為因素造車的不合理換道，提高安全性和交通效率；前后碰撞預(yù)警系統(tǒng)語音或視覺提醒駕駛員注意減速并保持安全距離。

智能駕駛輔助系統(tǒng)為用戶的操作方式做減法，對安全多一層保障，通過該系統(tǒng)，使得用戶—車—行駛環(huán)境之間的聯(lián)系更加快速和緊密，并減少人在整個系統(tǒng)中的誤操作。用戶的復(fù)雜性和不確定性是系統(tǒng)設(shè)計中最易忽略的因素，且與汽車的交互體驗(yàn)是汽車人機(jī)關(guān)系的重要衡量指標(biāo)。

2 用戶體驗(yàn)介紹

從汽車交互設(shè)計談起，汽車經(jīng)歷了機(jī)械時期、電氣化時期、半導(dǎo)體電子化時期以及現(xiàn)在的智能網(wǎng)聯(lián)化時期。電子時期機(jī)械按鍵與操控桿被電子按鍵和旋鈕所代替，提高操作精度；智能網(wǎng)聯(lián)化時代的到來，以智能觸屏、語音及手勢等實(shí)現(xiàn)便捷化精準(zhǔn)操控，交互方式發(fā)生了很大的變化，給用戶帶來了全新的交互體驗(yàn)。

用戶體驗(yàn)的定義是人們對于使用或參與產(chǎn)品、服務(wù)或系統(tǒng)所產(chǎn)生的感知和回應(yīng)。每一位產(chǎn)品設(shè)計師都是產(chǎn)品的第一用戶，提取用戶體驗(yàn)需求信息的設(shè)計要素對產(chǎn)品設(shè)計而言有著重要的作用。閆淑德搭建了實(shí)車駕駛數(shù)據(jù)采集平臺，并基于粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立駕駛習(xí)性的辨識模型，實(shí)現(xiàn)個性化換道軌跡規(guī)劃。對駕駛輔助系統(tǒng)的設(shè)計要素主要包括用戶的操作行為、駕駛習(xí)性及交互方式等，應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中。

2.1 用戶操作行為

實(shí)際路況中司機(jī)的車速、駕齡、性格、行駛時間及駕駛操作習(xí)慣與安全駕駛息息相關(guān)。駕駛員的操作行為是通過信息獲取及判斷、分析、操作執(zhí)行等一系列復(fù)雜的決策過程，主要包括剎車、油門等縱向運(yùn)動的操作、轉(zhuǎn)向橫向運(yùn)動的操作。

2.2 駕駛習(xí)性

駕駛習(xí)性反映出不同駕駛員的駕駛習(xí)慣和駕駛規(guī)律等，不同的駕駛員對于同一工況時的習(xí)慣性反映方式及操作方法，有一定的相似及穩(wěn)定性，文中根據(jù)用戶的操作行為分為激進(jìn)型、適度型和謹(jǐn)慎型3種類型。此外，受外界因素(雨天、擁堵、心情糟糕)的影響，也同樣導(dǎo)致駕駛行為產(chǎn)生隨機(jī)性變化。

2.3 交互方式

交互智能是將大數(shù)據(jù)和人工智能結(jié)合起來，使汽車更“懂”用戶。以威馬W6為例進(jìn)行分析，其配置多樣化交互技術(shù)，包括人臉識別、主動疲勞監(jiān)測，支持自然喚醒、關(guān)鍵詞喚醒、快捷指令喚醒等多種交互方式，實(shí)現(xiàn)超過120余項常用功能語音控制并支持15 s連續(xù)自然語音對話。

3 聯(lián)合仿真分析驗(yàn)證

3.1 換道預(yù)警策略模型

換道預(yù)警系統(tǒng)輔助駕駛員分析當(dāng)前復(fù)雜路況，判斷車輛縱向及橫向位置，選擇合適時機(jī)進(jìn)行換道，可有效避免駕駛員對換道行為做出錯誤判斷，減少車輛追尾、剮蹭及側(cè)向碰撞等事故。目前國內(nèi)外已經(jīng)研究出許多獨(dú)具特色的換道系統(tǒng)模型，最早是1986年Gipps建立道路換道決策結(jié)構(gòu)框架，在合理駕駛行為條件下模型，以換道過程中的潛在沖突為研究條件，分析交通信號及重型車等對換道過程的影響，后來的研究者根據(jù)這個方向，發(fā)散出其他換道模型，最典型的案例包括MRS(Multi-Regime Simulation)、MITSIM模型、NETSIM模型、SITRAS模型和南加州大學(xué)最小安全距離模型等。

換道的動機(jī)主要由駕駛員的特性和外部駕駛環(huán)境的刺激兩方面決定，駕駛員的特性包括駕駛習(xí)性、最大加減速和忍耐度等；外部駕駛環(huán)境的刺激主要是準(zhǔn)備換道車輛所在車道和相鄰車道的共同刺激，包括主車以及前車的間距、速度差和前車是否準(zhǔn)備換道等因素。

文中主要以駕駛員的特性為主要研究對象，駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)性一般分為激進(jìn)型、適度型和謹(jǐn)慎型，如圖1所示，對于直路換道工況，不同駕駛習(xí)性相關(guān)參數(shù)輸入至Matlab/Simulink-CarSim 聯(lián)合仿真平臺搭建個性化換道預(yù)警策略模型，匹配個性化換道預(yù)警策略，輸出為車輛行駛的相對位移的軌跡。

圖1 換道預(yù)警策略模型

3.2 模型分析驗(yàn)證

換道場景路段與車輛相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，車道標(biāo)準(zhǔn)寬度=3.5 m，直線段長度30 m，車寬=1.75 m，車長=4.7 m，主車(圖2左側(cè)車)與前車(圖2右側(cè)車)的相對距離為25 m。以主車車輛的前端為換道起始時刻，基于車輛的行駛和垂直兩個方向上，針對3種駕駛習(xí)性以水平和垂直兩個方向分別選用5次多項式來規(guī)劃換道軌跡。

(1)

式中:和都是待定參數(shù)。

其中=[]，=[]，分別對()、()求一階導(dǎo)和二階導(dǎo)，可得出車輛在換道過程中的橫縱向速度及加速度，與車輛的水平和垂直的位移關(guān)系相結(jié)合，可得出車輛目前的狀態(tài)函數(shù)。

通過 Matlab軟件創(chuàng)建控制策略模型，輸出3種駕駛習(xí)性的相對位移軌跡曲線，如圖2所示。在檢測符合安全換道的條件時，將按照符合駕駛習(xí)性的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行換道軌跡規(guī)劃，相關(guān)參數(shù)生成的相對橫向速度和相對縱向速度與時間的關(guān)系如圖3所示。在避免碰撞和跟車行駛相關(guān)要求的前提下，匹配個性化換道預(yù)警策略,提高換道軌跡適應(yīng)性。

圖2 3種駕駛習(xí)性軌跡曲線

圖3 換道過程中生成參數(shù)的變化

3.3 仿真結(jié)果分析

綜上分析可得，激進(jìn)型駕駛員換道時，個性化匹配的相對橫向速度最高且變化幅度最大，在轉(zhuǎn)向指令發(fā)出后1.5 s左右，達(dá)到最大速度；適度型駕駛員換道時，個性化匹配的相對速度居中，操作穩(wěn)定適中；謹(jǐn)慎型駕駛員換道時，個性化匹配的相對速度稍緩，速度變化幅度相對較低。相對縱向速度變化趨勢相近且整體變化值在2 m/s的范圍內(nèi)浮動，在轉(zhuǎn)向換道過程中影響不大。

4 結(jié)語

以不同駕駛習(xí)性的駕駛員在自主換道中的個性化控制策略匹配分析為案例。用戶根據(jù)自己的駕駛習(xí)性操作習(xí)慣及駕駛風(fēng)格等確定駕駛類型，系統(tǒng)通過對用戶的個性化分析，確定用戶類型并在輔助系統(tǒng)中匹配相關(guān)駕駛參數(shù)，使得智能駕駛輔助系統(tǒng)符合用戶自身的駕駛習(xí)慣，提高駕駛?cè)说牟僮魇孢m性。智能駕駛輔助系統(tǒng)也可根據(jù)環(huán)境因素、路況等對相關(guān)駕駛參數(shù)做一些調(diào)整，保證駕駛的安全性。個性化的用戶體驗(yàn)在智能駕駛輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用，一方面可以保證安全駕駛，另一方面提高駕駛?cè)伺c車輛之間的交互默契性和駕乘舒適性。

安全、智能、舒適的汽車駕駛體驗(yàn)是汽車未來的發(fā)展方向，對于自主品牌汽車研發(fā)而言，為用戶提前識別并預(yù)警潛在的安全問題，降低事故發(fā)生的概率，對于智能化的駕駛輔助系統(tǒng)開發(fā)仍極具挑戰(zhàn)。